藍芽市場欣欣向榮 持續結合其他無線技術 擴大應用領域

藍芽市場高度成長,除了標準、技術持續強化更新外,應用產品規模也逐漸擴大。藍芽技術聯盟便是藍芽技術的最重要推動者,該聯盟不斷提出新版本的藍芽標準,以滿足不同應用對於技術上的要求,預計在2006年底,將推出新版本Lisbon Release,並在2007下半年~2008年間推出Seattle Release。藍芽應用也將因此從資料傳輸邁向語音、影像傳輸。此外,藍芽技術聯盟甚至看準自動化控制應用的商機,未來可望與其他不同無線傳輸技術結合,進一步擴大應用範圍。
藍芽市場高度成長,除了標準、技術持續強化更新外,應用產品規模也逐漸擴大。藍芽技術聯盟便是藍芽技術的最重要推動者,該聯盟不斷提出新版本的藍芽標準,以滿足不同應用對於技術上的要求,預計在2006年底,將推出新版本Lisbon Release,並在2007下半年~2008年間推出Seattle Release。藍芽應用也將因此從資料傳輸邁向語音、影像傳輸。此外,藍芽技術聯盟甚至看準自動化控制應用的商機,未來可望與其他不同無線傳輸技術結合,進一步擴大應用範圍。  

根據藍芽技術聯盟(Bluetooth SIG)公布的資料,目前平均每天有3種全新的藍芽產品獲得認證,而每周則有1,000萬件藍芽產品出貨。截至2005年底為止,具備藍芽裝置的產品已超過5億件,預期在2006年底前,可望超過10億件。  

藍芽應用市場逐步擴大,正從簡單的資料傳輸擴展到語音應用,未來更瞄準影像應用市場。因此藍芽技術聯盟也將持續推出新版本,以滿足不同應用之需求。  

為了強化使用者經驗,藍芽技術藉由延伸同步連接導向通道(eSCO)、設備識別資料器(Equipment Identity Register, EIR),以及提高連接速度、簡化配對程序等方式,讓使用便利性持續提升。2004年11月,藍芽技術聯盟發布了藍芽2.0版與增強資料速率(EDR)規格。  

藍芽2.0版本是依據1.2版小幅修改而成,在通訊協定上相當接近;EDR則是為了將傳輸速度由原來的1Mbit/s提升至2Mbit/s,並提供更高速的3Mbit/s選項。由於傳輸速度加快,使得傳送同樣大小檔案的連線時間得以縮短,也因此有助於節省耗電。頻寬增加的結果,也使得多重連結環境下的連線品質較為穩定。EDR採用π/4DPSK與8-DPSK調變方式,也增加了傳輸距離。  

2.1+EDR版本即將推出  

藍芽下一代標準名稱為Lisbon Release,即2.1版本+EDR,該標準有六項特點,其中,以Simple Pairing技術最為重要,其餘還有服務品質(QoS)、Sniff Subrating(SSR)、加密中止/回復(Encryption Pause/Resume, EPR)、延長詢問回覆(Extended Inquiry Response, EIR)及Link Supervision Timeout(LSTO)等特點。  

藍芽技術聯盟亞太區技術市務經理蘇國良(圖1)表示,根據藍芽技術聯盟的調查,目前被退回的藍芽產品中,高達七成的比例有配對問題,透過Simple Pairing技術,藍芽裝置可輕易與周邊無線產品配對連接,無論是藍芽滑鼠與個人電腦,或是筆記型電腦與手機之間的連結皆適用(圖2),同時,具有更高的安全性,因此該功能主要提供更好的消費者體驗及安全性;服務品質則是針對多類別、多功能播放器及遊戲機所提出;SSR功能是節省人性介面裝置(HID) 的主要電源;加密中止/回復功能可確保主從轉換器間的數據私密性,並允許在主動連結過程中,裝置可改變連結密鑰,連結密鑰是在建立安全協定之後,進行連線的過程中所產生,使得每次資料封包傳輸時,傳送接收雙方都能夠使用這一個連結密鑰;延長詢問回覆功能是在發現設備的過程中,可減少要求以連結基頻,改善使用者的體驗;至於LSTO改變時,可豐富使用者的經驗。  

關於目前藍芽技術聯盟制訂該標準的進度,蘇國良表示,加密中止/回復、延長詢問回覆以及SSR的規格原型已經完成,也已通過IOP測試,其餘規格則尚在討論中,預期在2006年9月將完成制訂服務品質的大部分規格、Simple Pairing及LSTO部分的規格,2006年10月則完成服務品質中Flow規格的制訂,再歷經測試,預期2006年12月即可完成標準制訂。  

藍芽結合超寬頻創造嶄新應用模式  

藍芽Lisbon Release的下一代版本即是Seattle Release,也就是廣為人知、整合藍芽與超寬頻(Ultra Wide Band, UWB)優點的新方案。藍芽技術聯盟將採用WiMedia聯盟的超寬頻技術,大幅提升傳輸速率。超寬頻技術也將成為無線USB、Firewore、無線乙太網路,以及藍芽等技術的共通實體層與媒體存取控制層。  

Seattle Release有七項特點,分別是選擇性底層(Alternate PHY/MAC)、多點傳送(Multicast)、調頁模式(Paging Modes)、延伸同步連接導向通道(eSCO)空中模式交涉(Air Mode Negotiation)、實體層頻道標示(Physical Channel Identifiers)、隱私的及受信任的連接與再連接(Private & Trusted-Only Connections and Reconnections),以及AES安全加密等。  

CSR系統研發副理楊俊仁(圖3)指出,藍芽結合超寬頻技術可將傳輸速率提升至480Mbit/s,催生新的應用模式,目前主要應用在耳機、音樂播放、檔案交換、列印以及輸入裝置等用途,其中又以耳機為最大宗應用市場。蘇國良也表示,現階段藍芽多應用在耳機、免持車用電子、個人電腦周邊產品、點對點檔案傳輸等應用,但結合超寬頻之後,可望將觸角延伸至與影音多媒體相關的應用,例如立體聲耳機、家庭自動化、網路電話(VoIP)、影像傳輸、音樂播放器同步傳輸等,甚至可切入智慧控制、工業自動化、導航裝置等相關應用。現階段,藍芽技術聯盟正與WiMedia聯盟共同制訂Seattle Release標準,目前也有多家藍芽、超寬頻晶片業者已著手開發解決方案。楊俊仁表示,目前也已有晶片業者著手開發混合式藍芽單晶片,預計在2007下半年~2008年之間,下一代藍芽規格制訂完成後,混合式藍芽晶片也將隨即推出。  

藍芽技術一向以低成本、低功率、低傳輸速率、短距離,以及連線的強健性為主要訴求。楊俊仁表示,下一代藍芽結合超寬頻的原因,主要在於使用者對於高傳輸率、低功率、更低的每位元傳輸功耗,以及低成本的要求,而這些要求難以用單一技術來滿足,因此將藍芽的低功率與低成本特性,加上具備較低每位元傳輸功耗與高傳輸率的超寬頻,將可以符合使用者的需求。  

楊俊仁分析,低功率的定義,包括在閒置時間的耗電,以及傳輸時每位元的耗電,兩者都予以降低。其中,降低閒置時耗電的決定因素,在於傳輸器與接收器的峰值電流,以及從閒置狀態切換到動作狀態的時間。而降低傳輸時每位元耗電的因素,則除了傳輸器與接收器的峰值電流之外,傳送資料所需時間也是因素之一。  

在藍芽與超寬頻結合之後,將採取兩者互相切換的方式,閒置時切換至藍芽模式,保持連線狀態,而當設定檔或應用程式需要更高的傳輸速率時,就切換到超寬頻模式進行資料傳送。也因此,下一代的藍芽技術,將成為複雜的混合式架構(圖4~6)。  

之所以在架構上變得如此複雜,主要是因為必須滿足使用者在不同操作狀態下的需求。例如提供低功率操作模式,就能讓消費放心地隨時讓藍芽裝置保持連線,而不須擔心電池耗盡;較低的每位元傳輸功耗,則讓使用者能夠用少量電力傳輸大量資料;傳輸速率的提升,更能大幅減少傳送資料耗費的時間,提升便利性。  

楊俊仁表示,未來的混合式藍芽解決方案,除了可在藍芽模式下保持隨時連線之外,也能重複使用以往通過認證的藍芽裝置,在配對、搜尋與連線上都能完全相容,以往的設定檔與應用程式也能重複使用,因此早期版本的藍芽耳機、音樂裝置、輸入裝置、列印裝置,以及檔案傳輸功能都能正常運作。  

下一代的藍芽技術在閒置狀態下耗電將僅有數個微安培,在藍芽模式耗電則為25毫安培,而進入超寬頻模式時,耗電則將是藍芽的20倍。傳輸速度將提升至 480Mbit/s,是藍芽EDR規格的160倍。不過,在超寬頻模式下的傳輸距離較藍芽模式短,必須保持3公尺以下距離之內。  

未來混合式藍芽解決方案誕生之後,預計也將衍生新的應用模式,例如MP3播放器與個人媒體播放器將可以無線方式進行內容同步,數位相機也能以無線方式下載照片,印表機更能透過無線方式進行列印,各種短距離的無線資料同步或下載都將更加簡便。  

從目前版本的藍芽進入下一代的高速版本,藍芽規格將必須能在備用實體層與媒體存取控制層上傳送資料,在軟體上也須撰寫新的設定檔。在硬體方面,則由於目前手機上常用的通用非同步接收器傳輸器(UART)介面無法支援480Mbit/s的高速傳輸,因此必須使用新的主機介面。  

根據IMS針對超寬頻市場所做的研究報告指出,超寬頻產品將在2007年小量出貨,並將在2011年由藍芽+超寬頻產品領導該市場,達20%占有率,屆時,藍芽+超寬頻晶片將降價至手機製造商能接受的範圍,中階手機可望採用超寬頻技術以提供高傳輸速率。  

除了超寬頻,藍芽技術聯盟也放眼其他更多無線傳輸技術,蘇國良表示,為拓展藍芽應用市場,該聯盟不排除結合藍芽與其他任何無線傳輸技術,例如近距離無線通訊技術(Near Field Communication, NFC)、無線區域網路(WLAN, WiFi)、ZigBee等技術,重點是藍芽與這些技術的關係在於合作,而非取代。  

藍芽產品須通過嚴格測試考驗  

任何藍芽產品欲通過認證、取得商標,必須將產品送到藍芽認證實體(Bluetooth Qualification Body, BQB)審核。加上藍芽應用千變萬化,廠商在開發產品的過程中難免遭遇許多問題,因此無法避免地,必須透過量測儀器進行測試。安立知技術行銷部副理林群 (圖7)表示,在藍芽協定中主要有Master與Slave兩個角色,主動提出連線需求的裝置稱為Master,而被動接受連線的裝置稱為Slave。任何一個藍芽裝置可以同時扮演Master與Slave,或是在兩者之間切換。在建立連線期間,控制整個藍芽網域的是Master,當兩個藍芽裝置建立連線後,彼此會在這兩個角色之間互相切換。在一個藍芽微網(Piconet)中,必須連結射頻、基頻及協定,並由一個Master傳送訊息給一個或多個 Slave,而疊網(Scatternet)則是兩個以上的微網進行連結,呈現多對多裝置傳輸的狀態(圖8)。不同的Slave之間無法傳送資料,有些裝置是永遠被設定成Slave模式。例如藍芽耳機通常被設定成Slave,手機則是Master,負責配對連線,藍芽耳機無法主動發出連線請求到手機中,否則任何人皆可透過藍芽耳機竊聽到別人的通話內容;個人電腦也是扮演Master角色,印表機則是Slave,否則電腦中的機密檔案隨時有被盜印的可能。特別是在進入射頻測試模式時,有些晶片不會自動切換,必須自行定義Master與Slave,而測試儀器須設定成Master,待測物則設定成Slave,若無此設定,容易造成測試時的通訊傳輸中斷,若是測試語音或類別皆不在此限。  

藍芽與WiFi等其他許多技術共用2.4GHz頻段,因此藍芽使用適應性跳頻(Adaptive Frequency Hopping, AFH)技術來減少干擾(圖9)。在一個藍芽微網中,跳頻序列皆由Master決定,Slave必須遵守Master決定的跳頻序列。每一個藍芽裝置都有一個藍芽裝置位址(Bluetooth Device Address)與時脈。基頻會根據藍芽設備的位址與時脈計算出一個跳頻序列。當一個Slave與一個Master建立連結時,Master會把自己的藍芽裝置位址與時脈通知Slave,Slave的基頻會計算出Master的跳頻序列,與自己的跳頻序列比較,計算出位移量,以便調整自己的頻率,與 Master完成同步的動作。此外Master還會依據Slave的需要來分配時槽,因為Slave只能使用Master所分配的時槽內傳送資料給 Master。  

安立知的藍芽測試儀器目前在市場上擁有80%以上的市占率,其內建完整的藍芽核心規格(Core Spec),因此透過該儀器便能監控基頻及協定軟體,甚至可以進行類別(Profile)功能測試。林群表示,只有射頻部分必須進入測試模式,在藍芽 1.1版本內即已經定義測試模式,測試模式一共有五項,包括環回(Loopback)模式、TX模式、負載(Payload)、跳躍(Hopping)及封包長度(Packet Length)等。隨著藍芽進入語音應用,語音測試成為相當重要的一環,以最經濟的測試方式來看,當進行測試時,須先建立配對模式,在測試儀器與待測物之間建立ACL(Asynchronous Connection-Less)連結,再建立SCO連結,未來藍芽進入影像應用後,SCO連結仍在測試中扮演重要要角。  

推展藍芽技術 台灣市場功不可沒  

藍芽技術聯盟的主要推廣會員包括易利信、傑爾系統、英特爾、微軟、摩托羅拉、諾基亞、東芝、IBM等八家廠商。根據藍芽技術聯盟統計的資料顯示,來自亞太地區的會員數最多,已經高達50%的比重,其次為歐洲地區占26%,其餘是美國廠商,占24%。蘇國良表示,在亞太地區會員部分,共有1,727家會員廠商,來自台灣的會員數位居第一,多達320家,顯示台灣廠商在發展藍芽產品上不遺餘力,也極具潛力,該聯盟希望能夠號召更多台灣廠商加入,共同推廣合乎規範的藍芽產品。  

根據Millward Brown的研究資料顯示(圖10),在世界主要國家如美國、英國、日本、德國、台灣等地,藍芽技術廣為人知,且更勝於WiFi、超寬頻、無線USB等技術,其中,台灣僅次於英國與德國,有高達81%的消費者對藍芽有所認知,位居世界排名第三,顯然台灣已成為藍芽市場發展的一大推手。  

(詳細圖表請見新通訊元件雜誌68期10月號)  

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